01-导论：机械振动基本概念.ppt

第一章 导论 主要内容 引言 振动的分类 离散系统各元件的特征* 简谐振动及其表示方法* 振动的幅值度量 主要内容 引言 振动的分类 离散系统各元件的特征* 简谐振动及其表示方法* 叠加原理# 振动的幅值度量 1. 1 机械振动的含义(1) 所谓振动，广义地讲，指一个物理量在它的平均值附近不停地经过极大值和极小值而反复变化。 机械振动指机械或结构在它的静平衡位置附近的往复弹性运动。 一般来说，任何具有弹性和惯性的力学系统均可能产生机械振动。 1. 1 机械振动的含义(2) 振动系统发生振动的原因是外界对系统的激励或作用。 如果外界对每个系统的作用使得该系统处于静止状态，此时系统的几何位置称为系统的静平衡位置。 机械振动中的平衡位置是系统的稳定平衡位置。系统在振动时的位移通常是比较小的（小变形）。 1.1 机械振动的含义(3) 在机械振动中，把外界对振动系统的激励或作用称为振动系统的激励或输入。 如作用在结构上的外力，道路不平对行驶车辆的影响等。 而系统对外界影响的反应，如振动系统某部位产生的位移、速度、加速度及应力等，称为振动系统的响应或输出。 Tacoma大桥风振坍塌事故 Tacoma大桥风振坍塌事故 冯?卡门1954年在《空气动力学的发展》一书中写道：塔科玛海峡大桥的毁坏，是由周期性旋涡的共振引起的。设计的人想建造一个较便宜的结构，采用了平板来代替桁架作为边墙。不幸，这些平板引起了涡旋的发生、放大，使桥身开始扭转振动。这一大桥的破坏现象，是振动与涡旋发生、放大产生共振而引起的。 Tacoma大桥主要是基于静强度理论设计，对于动力学特性没有充分考虑。 5.12绵竹地震 2008年的5月12日，山川抖动、大地战栗，刹那间的震撼撕碎了绿色的家园，万千幢耸立的大厦化作断壁残垣，无数个鲜活的生命瞬间撒手人寰…… 蛙式打夯机 利用旋转惯性力的原理制成，利用冲击和冲击振动作用分层夯实回填土的压实机械。组成由夯锤、夯架、偏心块、皮带轮和电动机等组成。 电动机及传动部分装在橇座上，夯架后端与传动轴铰接，在偏心块离心力作用下，夯架可绕此轴上下摆动。夯架前端装有夯锤，当夯架向下方摆动时就夯击土壤，向上方摆动时使橇座前移。 1.2 机械振动的影响(1) 对于工程实际中的结构振动问题，人们关心振动会不会使结构的位移、速度、加速度等物理量过大。 因为位移过大可能引起结构各个部件之间的相互干涉。比如汽车的轮轴与大梁会因为距离振动而频繁碰撞，造成大梁过早损坏并危及行车安全。 由于汽车行驶中如果垂直振动加速度过大，将会影响汽车的平顺性，给乘员带来不适或危及所载货物的安全。 振动过大也会造成结构的应力过大，即产生过大的动应力，有时这种动应力比静应力大的多，容易使结构早期破坏。 另外，振动过大会引起其他副作用，如剧烈的振动会使结构产生强烈的噪声。 1.2 机械振动的影响(2) 现代汽车发展的趋势是安全、环保与节能。 环保一般是指废气、废水、废渣排放比较少，实际上还应该包括声污染、光污染。 机械振动对于汽车的安全与环保具有重要影响，对于节能也有一定影响。 1.3 机械振动与先行课程的关系(1) 理论力学研究质点和刚体的静力学和动力学，不考虑材料的弹性（所有问题均为静定问题）； 材料力学研究结构的静力学，它考虑了材料的弹性性质（变形）； 机械振动研究结构振动的一般规律，是理论力学和材料力学在动力学方向扩展，它研究物体受力与运动之间的关系以及在振动过程中结构的强度。 分析机械振动问题需要的数学工具：微分方程，矩阵特征值分析 1.3 机械振动与先行课程的关系(2) 1.4 机械振动与后续课程的关系 操纵稳定性 平顺性（NVH） 1.5 机械振动的主要研究方法 机械振动的主要研究方法：理论分析、数值计算和试验测试. 我们所使用的教材主要是理论分析方法，这也是研究机械振动所必备的基础理论. 我们在学习中还将适当补充关于数值计算的内容知识，主要是在Matlab平台上完成。 对于试验测试只向大家做简单介绍。 机械振动问题解决思路 1. 阐明问题 2. 假设与简化 3. 物理原理 4. 运动方程 5. 几何约束 6. 数学求解 7. 结果阐述 主要内容 引言 振动的分类 离散系统各元件的特征* 简谐振动及其表示方法* 叠加原理# 振动的幅值度量 2. 振动的分类 主要内容 引言 振动的分类 离散系统各元件的特征* 简谐振动及其表示方法* 叠加原理# 振动的幅值度量 3. 离散系统各元件的特征(1) 机械结构产生振动的内在原因是本身具有振动时储存动能和势能，而且释放动能和势能，并能使动能和势能相互转换的能力。 惯性元件、弹性元件和阻尼元件是离散振动系统三个最基本的元件： 惯性元件储存和释放动能 弹性元件储存和释放势能 阻尼元件耗散振动能量 3. 离散系统各元